三相异步电动机实验报告

异步电机

《电机学》 综合实验报告书

——三相异步电动机

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江苏大学电气学院

2011.6

异步电机

一、概述

电机制造厂生产的电机产品，它的质量是否符合国家标准规定的指标，要通过试验来验证。我们设计的电机，它的计算数值是否符合实际，生产过程中由于制造工艺引起的偏差又是多少，也必须通过试验来判断，所以电机的试验是考核其质量是否合格的一个重要手段，同时又为改进电磁设计、结构、制造工艺等方面提供了可靠的证据。

根据国家标准GB755-81《电机基本技术要求》规定，试验项目有型式试验和检查试验两种。

型式试验的目的是求取电机全部的工作特性和参数，以全面考察电机的电气性能和质量，从而判断该电机是否符合国家标准（或用户订货时所签订的技术要求），此外对型式试验的分析还可以制定出该电机出厂的性能标准。电机制造厂遇到下列情况之一时需进行电机的型式试验：

1. 新产品试制完成时。

2. 电机设计或工艺上的更改足以引起某些性能发生变化时，则应进行有关的型式试验

项目。

3. 当检查试验结果与以前的型式试验结果发生不可容许的偏差时。 4. 各类型电机标准所规定的定期抽试。

检查试验（又称出厂试验）是电机制造厂按照简化项目对电机成品所进行的试验，以确定该电机的主要指标符合标准，保证出产电机的质量。制造厂的每一台电机成品都必须进行检查试验，检验合格者才允许出厂。从内容上看，检查试验只是型式试验的一部分。

异步电机的型式试验项目有：

1. 绕组对机壳及绕组相互间绝缘电阻测定。* 2. 绕组在实际冷状态下直流电阻的确定。*

3. 转子电压的测定（仅对绕线转子和交流换向器电动机）。* 4. 空载试验。*

5. 堵转试验（仅对笼形电机和交流换向器电动机）。* 6. 温升试验。

7. 效率、功率因数和转差率的测定。 8. 短时过转矩试验。 9. 最大转矩的测定。

10. 启动过程中最小转矩的测定（仅对笼形电机）。

11. 超速试验（对笼形转子电动机，仅在型式试验时进行）。* 12. 振动的测定。* 13. 噪声的测定。 14. 转动惯量的测定。 15. 短时升高电压试验。* 16. 耐电压试验。*

其中后面标有*的为检查试验项目。第12项也可根据需要仅列为型式试验项目。

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二、试验内容及方法

三相异步电动机试验方法应根据国家标准GB1032-85《三相异步电动机试验方法》进行。试验中测量仪表接线按《电机学实验指导书》进行。限于设备，我们只能进行温升试验、负载试验、空载试验及堵转试验。

(一) 温升试验（略）

由于设备和试验时间限制，温升试验暂时不做。已知数据：

(二) 负载试验

（1）负载试验的目的是测取工作特性曲线。即电动机在额定电压、额定频率下输入功率P1、定子电流I1、效率 、功率因数cos 及转差率s与输出功率P2的关系曲线。

P1,I1, ,cos ,s f(P2)

（2）工作特性曲线应在电动机温度接近热状态时由负载试验测取。此时，在1.25~0.25倍额定功率范围内测取6~8点数据：三相电压、三相电流、输入功率及转差率或转速。

（3）效率的间接测定法

效率的测量有间接法和直接法，采用间接法各部分损耗按下面方法计算： a. 额定电压下的铁耗pFe(W)由空载试验求取； b. 机械损耗pmec(W)由空载试验求取； c. 定子绕组铜耗pcu1(W)

2

pcu1 3I1R1 I1——定子相电流

R1——换算到基准工作温度时定子绕组相电阻 换算：R1 R0

Ka 1Ka 0

R0——实际冷状态绕组的相电阻（三相平均值），单位

0——实际冷状态时绕组的温度，单位C

1——基准工作温度，对A、E、B绝缘等级为75C，

对F、H绝缘等级为115C

Ka——常数，铜绕组为235，铝绕组为228

d. 转子绕组损耗pcu2

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pcu2 (P1 pcu1 pFe) s e. 杂散损耗p

对不实测杂散损耗的电机，额定功率时的杂散损耗值取其输入功率的0.5%。对其它负载点，杂散损耗值按与定子电流平方成正比确定（实际计算时可取电流接近名牌上额定电流的某点数据作为额定负载时的杂散损耗，以该值为参考值计算）。

(三) 空载试验

（1）测量前电动机应在额定电压、额定频率下空载运行一段时间，使机械损耗达到稳定。

（2）试验时施于定子绕组上的电压应从（1.1~1.3）倍额定电压开始，逐步降低到可能达到的最低电压值即电流回升为止，其间测取7~9点读数。

（3）试验时测取下列数据：三相电压、三相电流、输入功率。

（4）试验结束，对数据进行处理，绘制空载特性曲线，即空载电流I0、空载输入功率

P0与外施电压U0的标幺值（U0N）的关系曲线。

'2

为分离铁耗pFe和机械损耗pmec，作曲线P0 f((U0N))

'

其中： P0 pFe pmec P0 p0cu1， p0cu1 3I0 R1

2

(四) 堵转试验

（1）堵转试验的目的是求取额定电压时的堵转电流和堵转转矩（起动电流和起动转矩）。还可以利用堵转试验数据作圆图，求取额定转矩和最大转矩。

（2）堵转试验施于定子绕组的电压尽可能从不低于0.9倍的额定电压开始，然后逐步降低电压至定子电流接近额定值为止，其间共测取5~7点读数，每点应同时测取下列数据：三相电压、三相电流、转矩、输入功率，每点测量及读数时，通电持续时间不应超过10秒，以免绕组过热。

（3）如限于设备，堵转试验不能从0.9UN开始，对于100kW以下的电动机，堵转试验的最大电流应不低于4.5倍额定电流。

（4）本试验要利用圆图法求取额定转矩和最大转矩，应注意测量（1.0~1.1）倍额定电流和（2.0~2.5）倍额定电流时两点的数据。因为电机产生额定转矩时，定子电流在额定电流附近，而产生最大电磁转矩时，定子电流约为（2.0~2.5）倍额定电流。当电流较大时，磁路趋于饱和，定转子漏抗比额定运行时小，故作出的圆比额定运行的圆要大，作图时务必加以注意。

（5）若堵转试验时最大电压在0.9~1.1倍额定电压范围内，应根据试验数据绘制堵转特性曲线IK f(UK)，TK f(UK)，额定电压的堵转电流IKN，堵转转矩TKN，由特性曲线上查取。

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（6）若堵转试验时限于设备，最大电压低于0.9UN，应作lgIK f(lgUK)曲线，并延长在该曲线上查取UK U

IKNIK

N

时的堵转电流IKN，此时的堵转转矩按下式求取：

TKN TK() IK，TK——试验中测取的最大电流及该点转矩

2

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负载试验计算公式铁耗 p Fe 、机械损耗 p mec 由空载试验求取； 定子绕组铜耗 p cu1 = 3I 1φ R12

转子绕组损耗 p cu 2 = Pem s

Pem = ( P1 p cu1 p Fe ) ∑ p = p cu1 + p Fe + p cu 2 + p mec + p P1 3U Nφ I 1

s=

n1 n n1 P2 × 100% P1

η=

cos =

负载试验计算1 额定线电压 U N (V) 线电流 I 1 (A) 相电流 I φ 1 (A) 输入功率 P1 (W) 定子铜耗 p cu1 (W) 电磁功率 Pem (W) 转差率 s 转子铝耗 p cu 2 (W) 杂散损耗 p (W) 总损耗 ∑ p (W) 输出功率 P2 (W) 功率因数 cos 2 3 4 5 6 7 8 9 10

5

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(1) 作曲线 P1 = f ( P2 ) ,并从曲线上求 P2 = PN 时： P1N =

I 1 = f ( P2 ) s = f ( P2 )

I 1N = sN =

η = f ( P2 )cos = f ( P2 )(2) 计算额定转矩 TN = 9550

ηN =cos N =

PN = nN

(注：额定功率单位为 kW)

2. 空载试验测量三相输入功率(W) 序号 线电压(V) 线电流(A) P01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P02

∑ P0

空载试验结束后定子相电阻测定：

6

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空载试验计算1 线电压标幺值 U 0 U N标幺值平方 (U 0 U N ) 2

2

3

4

5

6

7

8

9

10

线电流 I 0 (A) 相电流 I 0φ (A) 输入功率 P0 (W) 定

子铜耗 p 0 cu1 (W) 机械、铁耗 P0 (W) 其中：'

p0cu1 = 3I 02φ R1P0' = p Fe + p mec = P0 p 0cu1

(1) 作曲线： I 0 = f (U 0 U N )

P0 = f (U 0 U N ) P0' = f ((U 0 U N ) 2 ) ,并将 p Fe 、 pmec 分离(2) 计算：当 U 0 = U N 时利用上面三个曲线求

I0 = P0 = I 0φ = cos 0 = P0 3U 0 I 0

P0' = p Fe = p mec =

=

7

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3. 短路试验测量三相输入功率(W) 序号 线电压 (V) 线电流 (A) PK1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PK2 短路力矩 (N m)

∑ PK

短路试验结束后定子相电阻测定：

短路试验计算1 线电压 U K (V) 相电压 U Kφ (V) 2 3 4 5 6 7 8 9 10

lg U Kφ线电流 I K (A) 相电流 I Kφ (A)

8

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lg I Kφ三相短路功率 PK (W) 短路力矩 TK 若试验最大电压在(0.9~1.1) U N 之间，则按(1)作图计算，否则按(2)作图计 。 算(即试验最大电压低于 0.9 U N ) (1)作曲线 I K = f (U K ) , TK = f (U K ) 从曲线上求取当 U K = U N 时：

I KN =

TKN =

(2)若限于设备最大电压低于 0.9U N ,作曲线 lg I K = f (lg U K ) 延长在该曲线查取 U K = U N 时：

I KN =

TKN = TK (

I KN 2 ) = IK

式中： I K , TK ——试验中测取的最大电流及该点转矩 (3)起动转矩倍数和起动电流倍数

TKN = TN4. 作圆图求最大转矩项目 (1)电流比例尺 (2)功率比例尺

I KN = IN

作图说明 1(毫米)= Ai (安培) 1(毫米)=

数据

Ai =

安/毫米 千瓦/毫米

3U Nφ Ai

1000 取原点 O1 , 作横坐标 O1 X 、 纵坐标 O1Y ,(3)原点 在纵坐标上作相电压矢量 U 1 Nφ (任意长) 根据空载运行数据：相电流 I 0φ 和功率因 (4)空载运行点 数 cos 0 按 Ai 确定空载运行点 O'

(千瓦)

AP =U 1 Nφ =I 0φ =

伏

安

cos 0 =

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根据空载运行数据：理想空载损耗

P0 p mec , 按 AP 从 O ' 垂 直 O1 X 下 降(5)理想运行点

P0 p mec ==

瓦 毫米

p mec 毫米， 确定理想空载点 O , OG 平 作行于 O1 X 根据空载运行数据： I 0φ 和基准工作温度 (6)圆心线偏角 α 电阻 R1 , sin α = 按

2 I 0φ R1 U Nφ

R1 = 计算， OE, α = 作

欧姆

与 OG 成 α 角，OE 即为圆心线 根据短路试验数据：取试验线电流接近' (1.0~1.1) I N 点的 I Kφ 、 U Kφ 、 PK 及额' I Kφ =

'

'

定相电压 U Nφ ,按 I K = I 定电压时的短路相电流 I K (7)工作圆短路点

' Kφ

U Nφ' U Kφ

安 伏 瓦 安 毫米 瓦 毫米

计算额' U Kφ =

I 按 PK = P 'K I Kφ' K

计算短路相电流为

2

' PK =

IK ==

I K 的短路功率 PK ,按 Ai 和 AP 确定工作圆短路点 D。 确定 D 点的方法： 作距 O1 X 线为 PK 毫米 的平行线，一 O 点为圆心， I K 毫米为半 径，画圆弧交平行线于 D 点。 连接 O 和 D 点，作 OD 线的垂直平分线， (8)作工作圆 交 OE 于 C 点，C 点即为

工作圆的圆心。 作工作圆的半圆 ODE。量工作圆直径 Da

PK ==

Da =='' I Kφ =

毫米 安 安 伏 瓦 安 毫米

根据短路试验数据：取试验线电流接近' (2.0~2.5) I N 点的 I Kφ 、 U Kφ 、 PK' ,按 '' ''

'' U Kφ =

(9)起动圆短路点'' I K 1 = I Kφ

U Nφ U'' Kφ

计算 I K 1

' PK' =

I K1 ==

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I 按 PK 1 = P K 1 计 算 PK 1 , 按 Ai 和 I '' Kφ '' K

2

PK 1 ==

瓦 毫米

AP 确定起动圆短路点 D1 (方法同工作圆) 。 作 连接 O 和 D1 点， OD1 线的垂直平分线， (10)作起动圆 交 OE 于 C1 点，C1 点即为起动圆的圆心。 Da1 = 作起动圆 OD1E1。量起动圆直径 Da1 按 tgγ = = 毫米 安

Da R1 D R , tgγ 1 = a1 1 求 γ 和 γ 1 U Nφ U Nφ

(11)作电磁功率线

角。分别作工作圆的电磁功率线(与 OE 成 γ 角) 交工作圆与 B 点及起动圆的电磁 功率线(与 OE1 成 γ 1 角)交起动圆于 B1 点。OB 线和 OB1 线分别为工作圆和起动 圆的电磁功率线。 根据负载试验额定相电流 I 1 Nφ ,按 Ai 在 工作圆 ODE 上确定工作点 L。确定 L 的

tgγ = γ =

tgγ 1 = γ1 =

I 1 Nφ == Lb=

安 毫米 毫米

(12)额定转矩

方法：以 O1 为圆心， I 1 Nφ (毫米)为半 径作圆弧，交工作圆于 L。从 L 点作 Lh 线垂直于 OE 线，交 OB 线于 b 点，线段 Lb 的长度即为额定转矩 TN (同步千瓦) 作于 OB1 线平行的直线切起动圆于 S 点， 从 S 点作垂直于 OE1 的直线交 OB1 于 T

TN = Lb × AP= 同步千瓦

ST=

毫米

(13)最大转矩

点， 线段 ST 的长度即为最大转矩 TM (同 步千瓦)(对 10 千瓦以上的鼠笼式异步 。 电动机用圆图法求得的最大转矩应乘以 0.9 的修正系数)

TM = ST × AP= 同步千瓦

(14)过载能力 圆图示例：

按 TM TN 计算电机的过载能力，即最大 转矩倍数

TM TN =

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